חוקרים, כולל צוות מאוניברסיטת נורת'ווסטרן, עשו פריצת דרך בהבנת השדה המגנטי של השמש, וגילו שמקורו קרוב יותר לפני השטח ממה שחשבו בעבר. תובנה זו עשויה לשפר את התחזיות של סופות שמש, המהוות סיכונים לתשתית הטכנולוגית של כדור הארץ. קרדיט: twoday.co.il.com
מחקר חדש מגלה שהשדה המגנטי של השמש מקורו קרוב יותר לפני השטח, פותר תעלומה בת 400 שנה שנבדקה לראשונה על ידי גלילאו ומשפר את חיזוי סופות השמש.
צוות בינלאומי של חוקרים, כולל האוניברסיטה הצפון מערבית מהנדסים, מתקרב לפתרון תעלומת שמש בת 400 שנה שהכשילה אפילו את האסטרונום המפורסם גלילאו גליליי.
מאז שצפו לראשונה בפעילות המגנטית של השמש, נאבקו אסטרונומים לאתר היכן מתחיל התהליך. כעת, לאחר הפעלת סדרה של חישובים מורכבים על א נאס"א מחשב על, החוקרים גילו שהשדה המגנטי נוצר כ-20,000 מייל מתחת לפני השמש.
הממצא סותר תיאוריות קודמות, המצביעות על מקורות עמוקים של התופעה – מתחילה יותר מ-130,000 מייל מתחת לפני השמש.
המחקר פורסם ב-22 במאי בכתב העת טֶבַע.
לא רק שהתגלית החדשה עוזרת לנו להבין טוב יותר את התהליכים הדינמיים של השמש שלנו, היא גם יכולה לעזור למדענים לחזות בצורה מדויקת יותר סופות שמש חזקות. למרות שסופות השמש החזקות של החודש שיחררו נופים יפים ומורחבים של הזוהר הצפוני, סופות דומות עלולות לגרום להרס עז – פגיעה בלוויינים המקיפים את כדור הארץ, רשתות החשמל ותקשורת הרדיו.
איור זה מציג תיאור של השדות המגנטיים של השמש מעל תמונה שצולמה על ידי מצפה הכוכבים הדינמי של השמש של נאס"א. השכבה המורכבת של קווים יכולה ללמד מדענים על הדרכים שבהן המגנטיות של השמש משתנה בתגובה לתנועה המתמדת על השמש ובתוכה. קרדיט: NASA/SDO/AIA/LMSAL
"הבנת מקור השדה המגנטי של השמש הייתה שאלה פתוחה מאז גלילאו והיא חשובה לניבוי פעילות שמש עתידית, כמו התלקחויות שעלולות לפגוע בכדור הארץ", אמר מחבר המחקר דניאל לקואנט. "עבודה זו מציעה השערה חדשה לאופן שבו נוצר השדה המגנטי של השמש התואם טוב יותר את תצפיות השמש, ואנחנו מקווים שניתן להשתמש בהם כדי ליצור תחזיות טובות יותר של פעילות השמש."
מומחה לדינמיקת נוזלים אסטרופיזיקלית, Lecoanet הוא עוזר פרופסור למדעי ההנדסה ומתמטיקה יישומית בבית הספר להנדסה מק'קורמיק של נורת'ווסטרן וחבר במרכז לחקר ומחקר בין-תחומיים באסטרופיזיקה. ג'פרי ואסיל, פרופסור למתמטיקה באוניברסיטת אדינבורו בסקוטלנד, הוביל את המחקר.
היסטוריה תמוהה
במשך מאות שנים, אסטרונומים חקרו את הסימנים המעידים על הפעילות המגנטית של השמש. ביניהם היה גלילאו, שערך את התצפיות המפורטות הראשונות על כתמי שמש בשנת 1612. באמצעות טלסקופים מוקדמים ואפילו בעין בלתי מזוינת, גלילאו תיעד את הכתמים הכהים המשתנים שנגרמו מהשדה המגנטי המשתנה של השמש.
במהלך השנים, אסטרונומים עשו התקדמות משמעותית בהבנת מקורות הדינמו הסולארי – התהליך הפיזי שיוצר את השדה המגנטי – אך נותרו מגבלות. תיאוריות המצביעות על מוצא עמוק של הדינמו, למשל, מנבאות תכונות שמש שאסטרונומים מעולם לא צפו בהן, כמו שדות מגנטיים חזקים בקווי רוחב גבוהים.
תמונה זו מ-20 ביוני 2013, בשעה 23:15 בערב EDT מציגה את האור הבוהק של התלקחות שמש בצד שמאל של השמש והתפרצות של חומר שמש הנורה דרך האטמוספירה של השמש, הנקראת התפרצות בולטות. קרדיט: נאס"א/גודארד/SDO
חלקים חסרים
כדי לפתור את החידה הזו, צוות המחקר פיתח הדמיות מספריות חדשות ומתקדם למודל של השדה המגנטי של השמש. בניגוד לדגמים קודמים, הדגם החדש אחראי לתנודות פיתול, דפוס מחזורי של איך גז ו פְּלַסמָה לזרום בתוך ומסביב לשמש. מכיוון שהשמש אינה מוצקה כמו כדור הארץ והירח, היא לא מסתובבת כגוף אחד. במקום זאת, הסיבוב שלו משתנה בהתאם לקו הרוחב. כמו המחזור המגנטי השמש בן 11 שנים, גם תנודות פיתול חוות מחזור של 11 שנים.
"מכיוון שלגל יש אותה תקופה כמו המחזור המגנטי, חשבו שהתופעות הללו היו קשורות", אמר Lecoanet. "עם זאת, ה'תיאוריה העמוקה' המסורתית של השדה המגנטי הסולארי לא מסבירה מהיכן מגיעות תנודות הפיתול הללו. רמז מסקרן הוא שהתנודות הפיתול נמצאות רק ליד פני השמש. ההשערה שלנו היא שהמחזור המגנטי והתנודות הפיתול הם ביטויים שונים של אותו תהליך פיזיקלי".
כאשר קייל אוגוסטסון, פוסט-דוקטורט במעבדתו של Lecoanet ב-Northwestern, ניהל את הסימולציות המספריות, החוקרים גילו שהמודל החדש שלהם מספק הסבר כמותי לתכונות שנצפו בתנודות הפיתול. המודל גם מסביר כיצד כתמי שמש עוקבים אחר דפוסי הפעילות המגנטית של השמש – פרט נוסף שחסר בתיאוריית המקור העמוק.
שיפור תחזיות
עם הבנה טובה יותר של הדינמו של השמש, החוקרים מקווים לשפר את התחזיות לסופות שמש. כאשר התלקחויות סולאריות ופליטות מסה קורונאליות משוגרות לכיוון כדור הארץ, הן עלולות לפגוע קשות בתשתיות החשמל והטלקומוניקציה, כולל ג'י.פי. אס כלי ניווט. סופות השמש האחרונות של החודש, למשל, הפילו מערכות ניווט לציוד חקלאי – ממש בשיא עונת השתילה.
אבל החוקרים מסתכלים על סערת שמש חזקה עוד יותר שפגעה בקנדה בספטמבר 1859 כסיפור אזהרה. הסערה העזה, שזכתה לכינוי אירוע קרינגטון, פגעה במערכת הטלגרף הצעירה של המדינה. עם מספיק אזהרה, מהנדסים יכולים לנקוט בצעדים כדי למנוע נזק קטסטרופלי בעתיד.
"בעוד שסופות השמש האחרונות היו חזקות, אנחנו מודאגים מסופות חזקות עוד יותר כמו אירוע קרינגטון", אמר לקונט. "אם סערה בעוצמה דומה תפגע בארה"ב היום, היא תגרום לנזק של 1 טריליון עד 2 טריליון דולר. למרות שהיבטים רבים של דינמיקה סולארית נותרו אפופים במסתורין, העבודה שלנו עושה צעדים עצומים בפיצוח אחת הבעיות הבלתי פתורות העתיקות ביותר בפיזיקה תיאורטית ופותחת את הדרך לתחזיות טובות יותר של פעילות סולארית מסוכנת".
למידע נוסף על מחקר זה:
- אסטרופיזיקאים חושבים מחדש על שדות מגנטיים סולאריים
המחקר נתמך על ידי נאס"א (מספרי המענק 80NSSC20K1280, 80NSSC22K1738 ו-80NSSC22M0162). החישובים נערכו בתמיכת תוכנית המחשוב הגבוהה של נאס"א דרך חטיבת מחשוב-העל המתקדם (NAS) במרכז המחקר איימס.
